液壓抓料機液壓系統故障分析與研究

◎ 邢 萌，董良太，張 洋，王兆坤，朱 琪，王緒剛

（山東港口日照港裕廊股份有限公司，山東 日照 276826）

山東港口日照港裕廊股份有限公司主要經營貨種有大豆、木薯干、木片、玉米及植物油等，公司現有散糧類貨物疏港方式主要分為汽運疏港、火車疏港、轉水疏港、流程疏港4大類。其中，汽運疏港作業設備以流動機械為主，流動機械主要機種有液壓抓料機、叉車、裝載機、環保抑塵設備等。液壓抓料機是場地裝車的主要作業設備，液壓系統是其核心系統之一。

在日常使用過程中，液壓抓料機一旦出現液壓系統問題，則工作裝置的動作將會受到極大的影響，如無旋轉動作、行走跑偏、某一動作時快時慢等問題[1]，此時，設備必須停機進行檢修。液壓系統故障制約著生產作業的連續性，降低了臺時產量，因此，液壓抓料機液壓系統故障問題亟待解決。

1 液壓抓料機及其液壓系統工作原理簡介

液壓抓料機是一種履帶式裝卸設備，由液壓挖掘機演變而成，主要由主機和工作裝置兩大部分組成。主機包括上車總成和下車總成，工作裝置采用“直動臂、彎斗桿”結構，可配裝五瓣梅花抓斗、貝殼式抓斗等多種用途的抓斗，其組成如圖1所示。

圖1 工作裝置結構組成圖

液壓抓料機液壓系統是高壓雙泵雙回路開式液壓系統，主要由動力元件（主泵）、控制元件（主閥）、執行元件（馬達、液壓油缸）、輔助元件、液壓油等構成，見圖2，采用總功率變量、負流量控制。液壓油從油箱進入主泵，從主泵排出的壓力油，一部分經左主閥供左行走、回轉、斗桿油缸，實現左履帶的行走、上車總成的回轉、斗桿的伸縮，通過合流閥可在閥外自動實現動臂提升、抓斗開閉合流，以加快作業速度；一部分經右主閥供右行走、動臂油缸、抓斗油缸，實現右履帶的行走、動臂的升降、抓斗的開閉，通過合流閥可在閥外自動實現斗桿伸縮合流，以加快作業速度。主油路系統的安全閥、過載閥和補油閥均置于各主閥上，以保護液壓回路。在動臂油缸、斗桿油缸及抓斗油缸的回路上，均設有單向節流閥，以防止動臂下降和斗桿下降時，出現“重力下落”現象以及抓斗張開時速度過猛，造成油缸碰撞現象[2]。

圖2 液壓系統主要元件圖

2 液壓系統故障類型及分析

通過拆檢液壓抓料機液壓系統，可以判斷導致系統故障主要有3方面原因，分別是液壓系統元件磨損、油液雜質較多和系統高溫。

（1）元件磨損。由于液壓抓料機液壓系統無吸油過濾裝置（如圖3所示），主泵直接從液壓油箱內吸油，油液中的雜質會被吸入從而導致主泵元件磨損。主泵元件磨損產生的碎屑經液壓管路進入其他液壓元件內，造成元件閥芯滑動不暢、卡阻和異常磨損，如圖4所示。

圖3 液壓油箱內無吸油過濾裝置圖

圖4 液壓元件異常磨損圖

（2）油液雜質較多。液壓抓料機液壓油箱內壁刷有防銹漆，隨著頻繁的油溫變化，油箱內壁焊縫處的防銹漆會逐漸脫落，如圖5所示，脫落的防銹漆與液壓油混合，是造成液壓系統內雜質較多的主要原因。

圖5 油箱焊縫處防銹漆膜脫落圖

（3）系統高溫。散熱器是液壓抓料機冷卻系統中的必不可少的關鍵零部件，其主要功能是利用流動的空氣帶走系統運轉所產生的熱量[3]。但是，經現場測量發現，液壓抓料機現使用的散熱器的散熱片間隙較?。? mm），使其極易被作業過程中產生的粉塵堵塞，從而降低散熱器的有效散熱面積，如圖6所示。散熱器散熱性能的下降致使液壓系統運轉產生的熱量不能快速散發，造成液壓元件因過熱而膨脹，破壞了原有的正常配合間隙，導致摩擦力增加，進而出現液壓元件內閥組卡住等問題[4]。與此同時，液壓系統內部溫度會隨之上升。隨著管路內油溫升高，油液黏度隨之下降，各零部件潤滑部位的油膜被破壞，各零件之間最大油膜厚度和位置發生變化，元件磨損加重[5]。因此，液壓系統高溫會使油液潤滑效果降低，造成液壓元件的精密配合面出現刮傷、咬合和疲勞剝落，造成液壓抓料機執行機構無力及動作滯緩，甚至出現機損事故。

圖6 液壓油散熱片間隙堵滿粉塵圖

3 改造方案與實施

根據液壓系統故障類型分析，制訂相應改造方案。

（1）液壓抓料機出廠設計時，在液壓油箱吸油口上方加裝了一套液壓油加熱裝置，主要用于在氣溫較低時給液壓油加熱升溫，保障液壓系統在寒冷的地方正常運轉。設備所在地最低氣溫為-10 ℃左右，使用的液壓油規格型號是ISO VG46，適用環境溫度為-30 ℃以上，無需使用液壓油加熱裝置。拆除液壓油加熱裝置，設計一套吸油過濾器[6]，吸油過濾器主要由底座、濾芯、絲杠，漲緊彈簧裝置、壓板構成，如圖7所示。

圖7 吸油過濾器圖

先將底座安裝在主泵吸油口（液壓油箱出油口）處，底座與主泵吸油口接觸面有一套O型圈，使其接觸面緊密結合，也防止油液不通過濾芯過濾直接進入到主泵內，再將濾芯安裝至底座上方，調整絲杠至漲緊彈簧裝置略高于液壓油箱頂部加油口，使用壓板將彈簧裝置壓下，緊固壓板固定螺栓，如圖8所示。液壓油經過濾后再進入主泵，極大地降低了雜質進入主泵的幾率，從而降低液壓系統故障頻次，提高液壓系統元件的使用壽命。

圖8 安裝吸油過濾器圖

（2）拆卸液壓油箱及附屬油管，使用脫漆劑清理油箱內壁防銹漆，解決脫落的防銹漆污染液壓油的問題，如圖9所示。

圖9 清理液壓油箱防銹漆圖

（3）在保證液壓油散熱器的耐壓性和散熱效果不變的基礎上，盡可能增大散熱片間隙，散熱片間隙由2 mm改為4 mm，如圖10所示。增大散熱片間隙，降低了散熱器的堵塞概率，增大了通風量，液壓系統產生的熱量得以有效散發，使液壓系統在適宜的溫度下運轉，提高了液壓系統的穩定性。

圖10 增大散熱片間隙圖

選取1臺液壓抓料機進行改造。改造完成后試用半年，液壓系統故障頻次降低86%，液壓元件使用壽命增加65%，單位臺式產量增加30%，改造效果顯著。

4 結語

本文介紹了液壓抓料機的使用情況及其結構組成和液壓系統工作原理，剖析了液壓抓料機液壓故障類型，詳細分析其具體原因并提出改造方案。方案完成后，減少了雜質直接進入液壓系統的數量，保證液壓系統在正常工作溫度下運轉，提高了液壓元件的使用壽命和穩定性，降低了液壓系統故障頻次，保障設備連續穩定運轉，有效提高臺時產量。